缓存的种类有什么？小弟不懂，请高手指教

2025-02-27 16:17:22

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回答（1）：

现代桌面级PC的CPU二级缓存容量大多数在64KB到2MB之间。因为CPU二级缓存容量对CPU性能有不小的影响，所以低端CPU和中高端CPU在物理结构上的差异主要就是二级缓存容量的大小。那么二级缓存容量为什么如此重要？它对CPU性能有什么样的影响呢？ CPU二级缓存作为一级缓存的“后备仓库”，用于为一级缓存存储更多的数据，减少CPU直接访问内存的次数。理论上，CPU访问并调用缓存的数据所占的比重越大，则CPU访问并调用内存的数据所占的比重就越小，那么因访问内存而耽误的时间就越少。所以缓存的容量越大，CPU的实际效率也就越高，性能就越强。实际上，现在Intel和AMD处理器在一级缓存的逻辑结构设计上有所不同，所以二级缓存对CPU性能的影响也不尽相同。因为CPU读取的数据（包括指令）中有80%的数据来自一级缓存，所以一级缓存的逻辑结构决定了CPU二级缓存容量对CPU性能的影响。Intel的系列处理器的一级数据缓存被称为“数据代码指令追踪（读写）缓存”；AMD系列处理器的一级数据缓存叫作“实数据读写缓存”。这两类CPU一级缓存不同的逻辑结构有什么不同？INTEL篇下面，我用一个例子来描述。假设有一个运算任务，要从“1”一直递加到“999999”。在传统的“实数据读写缓存（AMD）”架构下，这一系列数据中最先用到的数据（如 “1、2……449、450”）将存储在CPU一级数据缓存中，更多的数据（如“451、452……899999、900000”）存储在CPU二级缓存中，其余的数据（如“900001、999002……999998、999999”）暂存在内存中，CPU将按照一级数据缓存、二级缓存和内存的顺序读取这些数据。但是在“数据代码指令追踪缓存（INTEL）”架构的CPU中，一级数据缓存并不存储这些最先用到的数据（“1、2……449、450”），而是将这些数据存储到二级缓存中，一级数据缓存仅仅存储这些数据在二级缓存中的起止地址（又称为：指令代码）。例如，数据“1、2……449、450” 顺序存储在二级缓存中，数据“1”所在地址为“00001F”，数据“450” 所在地址为“00451F”，实际上一级数据缓存只需要存储“00001F”和“00451F”这两个地址就可以了，而不需要存储大量的数据。INTEL“数据代码指令追踪缓存”架构的一级数据缓存的存储方式由于其一级数据缓存不存储数据，数据存储在二级缓存中，因此对二级缓存容量的依赖非常大，所以CPU需要更大的二级缓存容量才能发挥出应有的性能。但在实际应用中，CPU处理的数据中大多数都是0KB～128KB大小的数据，128KB～256KB的数据约有10％，256KB～512KB的数据有5％，512KB～1MB的数据仅有3％左右。所以对于这种CPU来说，二级缓存容量从0KB增加到256KB对CPU性能的提高几乎是直线性的；增加到512KB对CPU性能的提高稍微小一些；从512KB增加到1MB，普通用户就很难体会到CPU性能有提高了。正因为如此，大家能感受到Pentium 4 C（512KB二级缓存）与Celeron（128KB二级缓存）的性能差异，却很难感受到Pentium 4 C(512KB二级缓存)与Pentium 4 E（1MB二级缓存）的性能差异了。AMD篇相对的，由于AMD的系列产品的一级数据缓存直接存储数据，而且128KB的容量在大多数情况下就可以承担CPU所急需的数据，所以其二级缓存对CPU性能的影响并没有那么大。这也就解释了为什么主频和外频相同的Athlon XP（256KB或512KB二级缓存）和Duron（64KB二级缓存）虽然二级缓存容量差异巨大，但实际性能差距不大的原因。而且Athlon 64/Sempron 系列CPU在内存控制器、流水线长度、频率、总线架构和扩展指令集等诸多方面与以前的产品都有差异，因此在性能上受二级缓存容量的影响就更小了。总结INTEL L1缓存里存着数据在L2缓存里的地址，L1 缓并不存有实际数据，所以大家看到INTEL CPU的 L1 缓存都比较小。相反AMD L1缓存里则存实际数据，当L1 缓存满了时,再把数据存到L2 缓存，所以大家看到AMD CPU的L1缓存都比较大，为128K。因为L1缓存比L2缓存的延迟速度更小，所以在缓存上，AMD CPU 比 INTEL CPU的同主频但效率更高。而说起L2缓存的大小，我们强调 INTEL CPU的L2缓存超大，不过L2缓存其实在一般使用中并没起到什么作用，反而倒浪费了消费者钱。 CPU处理数据概率 CPU使用0-128K缓存的概率是80% CPU使用128-256K缓存的概率是10% CPU使用256-512K缓存的概率是5% CPU使用512-1M缓存的概率是3% CPU使用更大缓存的概率是2%所以说太大的缓存并不是很有用。那可能有的人会问了，那为什么INTEL还要加L2缓存呢？AMD和Intel的内存控制的架构都不一样，仅仅用几个数据根本无法反映出实际情况，实际上是AMD的架构更不存在瓶颈，Intel的共享FSB架构需要和其它硬件设备争夺带宽，延迟也大，大L2的目的也正是为了降低FSB瓶颈的影响。附带内存架构对比：由Athlon 64开始，AMD便开始采用将内存控制器集成于CPU内核当中的设计，这种设计的好处在于，可以缩短CPU与内存之间的数据交换周期，以前都是采用内存控制器集成于北桥芯片组的设计，改成集成于CPU核心当中，这样一来CPU无需通过北桥，直接可以对内存进行访问操作，在有效的提高了处理效率的同时，还减轻了北桥芯片的设计难度，使主板厂商节约了成本。不过这种设计在提高了性能的同时，也带来了一些麻烦，一个是兼容性问题，由于内存控制器集成于核心之内，不像内置于北桥芯片内部，兼容性较差，这就给用户在选购内存的时候带来一些不必要的麻烦。还有一个问题，如若用户采用集成显卡时，AMD的这种设计会影响到集成显卡性能的发挥。目前集成显卡主要是通过动态分配内存做为显存，当采用AMD平台时，集成在北桥芯片当中的显卡核心需要通过CPU才能够对内存操作，相比直接对内存进行操作，延迟要长许多。

回答（2）：

缓存（Cache memory）是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存取速度，它是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器。由于硬盘的内部数据传输速度和外界介面传输速度不同，缓存在其中起到一个缓冲的作用。缓存的大小与速度是直接关系到硬盘的传输速度的重要因素，能够大幅度地提高硬盘整体性能。当硬盘存取零碎数据时需要不断地在硬盘与内存之间交换数据，如果有大缓存，则可以将那些零碎数据暂存在缓存中，减小外系统的负荷，也提高了数据的传输速度。

硬盘的缓存主要起三种作用：一是预读取。当硬盘受到CPU指令控制开始读取数据时，硬盘上的控制芯片会控制磁头把正在读取的簇的下一个或者几个簇中的数据读到缓存中（由于硬盘上数据存储时是比较连续的，所以读取命中率较高），当需要读取下一个或者几个簇中的数据的时候，硬盘则不需要再次读取数据，直接把缓存中的数据传输到内存中就可以了，由于缓存的速度远远高于磁头读写的速度，所以能够达到明显改善性能的目的；二是对写入动作进行缓存。当硬盘接到写入数据的指令之后，并不会马上将数据写入到盘片上，而是先暂时存储在缓存里，然后发送一个“数据已写入”的信号给系统，这时系统就会认为数据已经写入，并继续执行下面的工作，而硬盘则在空闲（不进行读取或写入的时候）时再将缓存中的数据写入到盘片上。虽然对于写入数据的性能有一定提升，但也不可避免地带来了安全隐患——如果数据还在缓存里的时候突然掉电，那么这些数据就会丢失。对于这个问题，硬盘厂商们自然也有解决办法：掉电时，磁头会借助惯性将缓存中的数据写入零磁道以外的暂存区域，等到下次启动时再将这些数据写入目的地；第三个作用就是临时存储最近访问过的数据。有时候，某些数据是会经常需要访问的，硬盘内部的缓存会将读取比较频繁的一些数据存储在缓存中，再次读取时就可以直接从缓存中直接传输。

缓存容量的大小不同品牌、不同型号的产品各不相同，早期的硬盘缓存基本都很小，只有几百KB，已无法满足用户的需求。2MB和8MB缓存是现今主流硬盘所采用，而在服务器或特殊应用领域中还有缓存容量更大的产品，甚至达到了16MB、64MB等。

大容量的缓存虽然可以在硬盘进行读写工作状态下，让更多的数据存储在缓存中，以提高硬盘的访问速度，但并不意味着缓存越大就越出众。缓存的应用存在一个算法的问题，即便缓存容量很大，而没有一个高效率的算法，那将导致应用中缓存数据的命中率偏低，无法有效发挥出大容量缓存的优势。算法是和缓存容量相辅相成，大容量的缓存需要更为有效率的算法，否则性能会大大折扣，从技术角度上说，高容量缓存的算法是直接影响到硬盘性能发挥的重要因素。更大容量缓存是未来硬盘发展的必然趋势。

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